DE10026795A1 - Production of components close to their final shape comprises heating a bolt made of a metallic or composite material and encased with a sleeve made of metal or metal alloy so that the material becomes thixotropic and can be cast - Google Patents

Production of components close to their final shape comprises heating a bolt made of a metallic or composite material and encased with a sleeve made of metal or metal alloy so that the material becomes thixotropic and can be cast

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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007Semi-solid pressure die casting

Abstract

Production of components close to their final shape comprises using a thixoforming process in which a bolt made of a metallic or composite material is heated so that the material becomes thixotropic and can be cast. The bolt is partially encased by a sleeve made of metal or metal alloy having a higher melting point than the processing temperature of the bolt. The bolt with its sleeve is placed in a casting chamber when its thixotropic structure is reached and the bolt material is squeezed out from the sleeve. Preferred Features: The sleeve has a protective layer made of an oxide, nitride or carbide produced by a sol-gel reaction. The bolt is completely encased.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile aus metallischen Werkstoffen und aus Verbundwerkstoffen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing near net shape components metallic materials and composite materials according to the preamble of Claim 1.

Für die Herstellung von endformnahen Bauteilen mittels Thixoforming-Verfahren werden Bolzen mit einer geeigneten Gefügestruktur in der Regel durch elektromagnetische Induktion derart in das Zweiphasengebiet erwärmt, dass das Material thixotrop wird und vergossen oder verpresst werden kann. Dabei entsteht eine thixotrope Gefügestruktur, bei der globulitische feste Gefügebestandteile in eine schmelzflüssige Matrix eingebettet sind. Bei der Durchführung des Verfahrens ist die Temperaturkontrolle und die Haltezeit bei dieser Temperatur von entscheidender Bedeutung. Ist die Temperatur oder die Haltezeit zu hoch gewählt, verlieren die Bolzen ihre Formstabilität und sind nicht mehr handhabbar. Insbesondere bei Verfahren, bei welchen die Bolzen in einer senkrechten Position erwärmt werden, wird der einstellbare Flüssigkeitsanteil des Bolzens durch seine Stabilität gegenüber seinem eigenen Gewicht eingeschränkt. Weiterhin kann während des Aufheiz- und Halteprozesses teilweise eine Segregation der schmelzflüssigen Gefügebestandeile entstehen. Hierdurch kommt es zur unerwünschten inhomogenen Verteilung der Gefügebestandteile im Bolzen. Aus den Bolzen austretende schmelzflüssige Phase führt zum Abtropfen von Material, welches nach dem Stand der Technik in speziellen Schalen aufgefangen wird. Dies führt zu unerwünschten Verschiebungen der chemischen Gesamtzusammensetzung der Bolzen und zu Abweichungen der Volumen verschiedener Bolzen beim Gießprozess, wodurch die genaue und reproduzierbare Regelung des Gießprozesses eingeschränkt wird. Das abgetropfte Material muss nach dem Aufheizprozess und der Entnahme des Bolzens umständlich mit Hand oder maschinell aus den Schalen entfernt werden. Die Schalen bestehen aus Keramiken, höherschmelzenden Metallen, z. B. Stahl, oder Verbundkonstruktionen aus Keramik und Metall. Durch die thermischen und mechanischen Belastungen und die Wechselwirkung mit Bolzenmaterial während des Aufheizprozesses werden Schalen aus Keramik schnell rissig, es kommt zu Ausbrechungen und zur Zerstörung der Schale. Schalenmaterialien aus höherschmelzendem Metall, z. B. Stahl, haben den Nachteil, dass sie mit einer Beschichtung (Schlichte) versehen werden müssen, welche regelmäßig nach wenigen Prozessdurchläufen erneuert werden muss. Außerdem wird die Energiebilanz der induktiven Bolzenerwärmung durch die hohe Einkopplung und Erwärmung des Schalenmaterials bei Metallschalen erheblich verschlechtert.For the production of near-net shape components using the thixoforming process bolts with a suitable structure are usually used electromagnetic induction heated in the two-phase area so that the Material becomes thixotropic and can be cast or pressed. This creates a thixotropic structure, in which globulitic solid structural components in a molten matrix are embedded. When performing the procedure is the temperature control and hold time at this temperature of vitally important. If the temperature or the holding time is too high, the bolts lose their dimensional stability and are no longer manageable. Especially in processes in which the bolts are in a vertical position are heated, the adjustable liquid content of the bolt is due to its Stability restricted against its own weight. Furthermore, during the heating and holding process, one can partially Segregation of the molten structural components arise. Hereby comes it leads to the undesirable inhomogeneous distribution of the structural components in the bolt. Molten phase emerging from the bolts leads to dripping of Material that is collected in special trays according to the state of the art  becomes. This leads to undesirable chemical shifts Overall composition of the bolts and deviations in the volume different bolts in the casting process, which makes the exact and reproducible Regulation of the casting process is restricted. The drained material must After the heating-up process and the removal of the bolt, laboriously by hand or removed from the shells by machine. The shells are made of Ceramics, higher melting metals, e.g. B. steel, or composite structures made of ceramic and metal. Due to the thermal and mechanical loads and the interaction with stud material during the heating process Ceramic bowls quickly cracked, there are breakouts and Destruction of the shell. Shell materials made of higher melting metal, e.g. B. Steel have the disadvantage that they have a coating (size) which have to be renewed regularly after a few process runs must become. In addition, the energy balance of inductive billet heating due to the high coupling and heating of the shell material in metal shells significantly deteriorated.

Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzubilden, dass die oben beschriebenen Nachteile vermieden werden.The object of the invention is to develop the generic method so that the disadvantages described above are avoided.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen dar.This object is solved by the features of claim 1. The Subclaims represent advantageous developments.

Gemäß der Erfindung werden die aufzuheizenden Bolzen in eine Hülle aus einem höherschmelzenden Werkstoff vollständig oder teilweise eingehüllt. Der Hüllenwerkstoff kann Metall oder eine metallische Legierung sein. Die Bolzen bleiben in dieser Umhüllung während des gesamten Prozesses des Aufheizens und Haltens bei hohen Temperaturen und werden so in die Gießkammer einer Gießanlage oder in das Gesenk einer Presse gegeben. Auf diese Weise wird das Austreten und Abtropfen von schmelzflüssiger Phase aus dem Bolzen verhindert. According to the invention, the bolts to be heated are made from a casing higher melting material completely or partially encased. The Shell material can be metal or a metallic alloy. Bolts remain in this enclosure throughout the entire process of heating up and Hold at high temperatures and become one in the casting chamber Pouring system or placed in the die of a press. That way it will Prevents the molten phase from escaping and dripping from the bolt.  

Ferner wird der Bolzen durch die Umhüllung mechanisch stabilisiert. In der Gießkammer der Druckgießanlage erfolgt durch den Druck des Gießkolbens ein Herauspressen des thixotropen Bolzenmaterials aus der Umhüllung. Das Umhüllungsmaterial verbleibt im Pressrest und wird vom Bauteil abgetrennt. Aufgrund der geringen Dicke des Umhüllungsmaterials, insbesondere bei Verwendung von Folien, sind die Energieverluste bei der induktiven Erwärmung des Bolzens sehr gering.Furthermore, the bolt is mechanically stabilized by the covering. In the The casting chamber of the die casting system is created by the pressure of the casting piston Pressing the thixotropic bolt material out of the casing. The Wrapping material remains in the press residue and is separated from the component. Due to the small thickness of the wrapping material, especially at Using foils, the energy losses in the inductive heating of the Bolt very low.

Teilweise Umhüllung des Bolzens eignet sich insbesondere für vertikale Aufheizverfahren.Partial covering of the bolt is particularly suitable for vertical ones Heating process.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Umhüllungsmaterial, insbesondere eine Umhüllungsfolie, ein- oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen wird, welche eventuell stattfindende Diffusionsprozesse (zu denen es bei hohen Presstemperaturen kommen kann, wodurch die Schmelztemperatur der Folie verringert wird) einschränkt oder ganz verhindert. Hierfür sind insbesondere Oxidschichten, aber auch Nitrid- oder Karbidschichten, geeignet. Diese sind auch bei hohen Prozesstemperaturen beständig und können bei einem späteren Wiedereinschmelzen des Pressrestes einfach aus der Schmelze entfernt werden. Durch die Verwendung von Folien auf Aluminiumbasis für Bolzen aus Aluminiumlegierungen und Magnesiumlegierungen bleibt das anfallende Kreislaufmaterial sortenrein bzw. enthält keine metallurgisch bedenklichen Legierungsbestandteile. Durch die Schutzschicht und die Aluminiumfolie wird der Kontakt des teilflüssigen thixotropen Materials mit der Gießkammer stark reduziert, wodurch eine Verminderung des Trennmittelauftrages in der Gießkammer möglich wird. Durch die Folienhülle wird der Bolzen von der Umgebungsatmosphäre abgeschlossen, brennbare Materialien können sich nicht entzünden. Bei einer Kombination von mehreren beschichteten bzw. unbeschichteten Umhüllungsmaterialien ist es vorteilhaft, wenn die dem Bolzen zugewandte Seite mit einer Schicht versehen ist, welche Diffusionsprozesse unterbindet oder verlangsamt, und die außenliegende Seite mit einer Schicht versehen ist, welche die Reibung mit der Gießkammerwand oder der entsprechenden Gesenkwand verringern soll.It when the wrapping material, in particular a Wrapping film is provided on one or both sides with a coating, which any diffusion processes that may occur (which occur at high Press temperatures can come up, reducing the melting temperature of the film is reduced) restricted or completely prevented. For this are in particular Oxide layers, but also nitride or carbide layers, are suitable. These are too resistant at high process temperatures and can be used at a later time Remelting of the press residue can be easily removed from the melt. By using aluminum-based foils for bolts Aluminum alloys and magnesium alloys remain the result Circular material sorted by type or contains no metallurgically questionable Alloy components. The protective layer and the aluminum foil make the Contact of the partially liquid thixotropic material with the casting chamber greatly reduced, whereby a reduction of the release agent application in the casting chamber is possible becomes. The bolt is removed from the surrounding atmosphere by the foil cover completed, combustible materials cannot ignite. At a Combination of several coated or uncoated Wrapping materials, it is advantageous if the side facing the bolt  is provided with a layer which prevents diffusion processes or slows down, and the outer side is provided with a layer, which the friction with the gun chamber wall or the corresponding die wall should decrease.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung endformnaher Bauteile mittels Thixoforming- Prozesses, bei dem ein Bolzen aus einem metallischen Werkstoffen oder aus einem Verbundwerkstoffen erwärmt wird, so dass das Material thixotrop wird und anschließend vergossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die aufzuheizenden Bolzen durch eine Hülle aus einem Metall oder einer metallischen Legierung mit einer höheren Schmelztemperatur als die Verarbeitungstemperatur des aufzuheizenden Bolzens mindestens teilweise umhüllt werden und dass der Bolzen nach Erreichen der thixotropen Struktur mit der Umhüllung in eine Gießkammer eingebracht und das Bolzenmaterial aus der Umhüllung herausgedrückt wird.1. A method for producing near-net shape components by means of a thixoforming process, in which a bolt made of a metallic material or of a composite material is heated so that the material becomes thixotropic and is subsequently cast, characterized in that the bolts to be heated are provided by a shell made of a Metal or a metallic alloy with a higher melting temperature than the processing temperature of the bolt to be heated are at least partially encased and that after the thixotropic structure has been reached, the stud with the covering is introduced into a casting chamber and the stud material is pressed out of the covering. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle eine Folie, Dose oder ein Blech ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the envelope is a film, Can or a tin. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien oder Bleche ein- oder beidseitig mit einer Schutzschicht versehen werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the films or sheets can be provided with a protective layer on one or both sides. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Umhüllung eine Kombination aus beschichteten Folien oder Blechen, oder aus unbeschichteten und beschichteten Materialien verwendet wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that as a wrapping a combination of coated films or sheets, or from uncoated and coated materials is used. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien oder Bleche aus Aluminium bestehen.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized characterized that the foils or sheets are made of aluminum. 6. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht Oxid-, Nitrid- oder Karbidschicht ist. 6. The method according to claim 3 or 4, characterized in that the Protective layer is oxide, nitride or carbide layer.   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht durch Oxidation, insbesondere durch anodische Oxidation, erzeugt wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the protective layer is generated by oxidation, in particular by anodic oxidation. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht durch Sol-Gei-Reaktion erzeugt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the layer by Sol-Gei reaction is generated. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen vollständig umhüllt wird.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the bolt is completely covered.
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